Вода и минеральные соли

Вода имеет первостепенное значение в функционировании живых организмов. Сама молекула Н₂O электронейтральна, но заряд внутри молекулы распределен неравномерно: в области атомов водорода небольшой положительный, а в области, где расположен атом кислорода, небольшой отрицательный заряд. Поэтому она является универсальным растворителем, в котором вещества с ионной и ковалентной полярной связью диссоциируют до ионов, а вещества с молекулярной кристаллической решеткой – до молекул. Это основная среда биохимических реакций, необходимая составная часть протоплазмы. Питательные вещества циркулируют в организме главным образом в виде водных растворов; в таком же виде транспортируются, а в значительной степени и выносятся из организмов продукты диссимиляции. Вода составляет основную массу организмов растений и животных; её относительное содержание в тканях колеблется в пределах 50-80%, а у ряда видов и значительно выше. Так, в теле медуз содержится около 95% воды, в тканях многих моллюсков – до 92. От количества воды и растворённых солей в значительной мере зависит внутриклеточный и межклеточный обмен, а у гидробионтов – и осмотические взаимоотношения с внешней средой. Газообмен у животных возможен только при наличии влажных поверхностей. У наземных организмов испарение влаги участвует в формировании теплового баланса со средой.

Водный обмен организма со средой складывается из двух противоположных процессов: поступление воды в организм и отдача её во внешнюю среду. У высших растений этот процесс представлен всасыванием воды из почвы корневой системой, проведением её (вместе с растворёнными веществами) к отдельным органам и клеткам и выведением в процессе транспирации. В водном обмене около 5% воды используется для фотосинтеза, а остальное – на компенсацию испарения и поддержание тургора.

Животные получают влагу в виде питья, и этот путь для многих форм, даже водных, оказывается необходимым. Выведение воды происходит с мочой и экскрементами, а также путём испарения.

Многие организмы, особенно обитающие в водной среде, способны получать и отдавать воду через покровы или специализированные участки тканей, проницаемые для воды. Это относится к обитателям наземной среды: получение влаги из таких источников, как роса, туман, дождь, характерно для многих растений, беспозвоночных животных, амфибий.

Для животных важным источником воды является пища; при этом значение её в водном обмене не исчерпывается содержанием воды в тканях кормовых объектов. В процессе окисления органических веществ образуется так называемая метаболическая вода. Усиленное питание сопровождается накоплением в организме жировых резервов; значение этих запасов двойное: это и энергетический резерв, и внутренний источник поступления воды в клетки и ткани.

Значительные колебания условий обеспечения влагой в разных средах, географических регионах и местообитаниях вызвало эволюционное становление широкого круга специальных адаптации. Экологическое значение воды не ограничивается наличием скоплений её в водоёмах разного типа. В наземной среде не меньшее значение имеют осадки, которые определяют режим водоёмов, почвенной влаги и влажности воздуха. Распределение осадков очень неравномерно. В тропических лесах выпадает более 1000 мм (1 л на 1 км²) в год (на Гавайских островах до 12 м!), тогда как в пустынях тропического пояса – менее 200 мм в год (Сахара, Аравийские пустыни, Южная Калифорния). В умеренном поясе, в пустынях Центральной Азии, Ирана и др., также выпадает не более 250 мм осадков в год, в лесах этого пояса – больше (в Колхиде – до 2500 мм), но, в общем, осадки здесь менее обильны, чем в тропиках. Выпадение осадков подчас резко колеблется по сезонам.

Влажность воздуха отражает содержание водяных паров к их количеству, насыщающему воздух при данной температуре (относительная влажность, проценты). Влажность воздуха определяет поступление воды в организм через покровы, а также условия потери воды этим путём и с поверхности дыхательных путей. В последнем случае большое значение имеет показатель дефицита насыщения – разность между количеством паров, насыщающих воздух при данной температуре, и абсолютной влажностью.

Водный обмен теснейшим образом связан с обменом солей. Определённый набор солей (ионов) представляет собой необходимое условие нормальных функций организма, так как соли входят в состав тканей, играя важную роль в обменных механизмах клеток. Изменение количества воды и солей влечёт за собой соответствующие сдвиги осмотических процессов и ионного равновесия. Водный и солевой аспекты обмена веществ связаны общими приспособлениями, поэтому обычно говорят об адаптациях водно-солевого обмена к условиям среды. Особо большое значение поддержание устойчивого водно-солевого обмена имеет для первичноводных организмов, у которых осмотические процессы осуществляются не только на суборганизменном уровне, но и с окружающей их водной средой, для которой солёность выступает как один из важнейших параметров.